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配管検査ロボットに関する研究開発－第 1 報：小型化のための試作機設計－
前田 弘文*・河村 拓弥*・藤田 和友**・伊藤 嘉基***・佐々木 俊一****・後藤 幹雄****Research and development about a piping inspection robot－Report 1: Prototype design for a miniaturization－

Hirofumi Maeda* , Takuya Kawamura* , Kazutomo Fujita** ,Yoshiki Ito*** , Toshikazu Sasaki**** , Mikio Goto****Abstract

This paper describes the design about the piping inspection robot of a trial production. Since we had
the know-how of the developed rescue robot, we were able to make the small prototype. And carrying
became easy. Moreover, this robot has many characteristic, such as a wheel which consists of five-sheet
structure. Furthermore, maintainability etc. are improving by modularizing on an electric level.

本発表では，試作初号機ということで，直径 150[mm] 以上の管内探査が可能なモビリティロボット
我国では昭和 40 年代以降，下水道事業の実施都市 の設計と基本システムの構築を行った．以下にそのが急増し，各地で下水道整備の普及が促進されてき 詳細を示す．
た．これまでに全国の下水道施設は，管路総延長約２．システム構成
42 万 [km]，下水処理場数約 2,100 ヶ所となっている．そのため，管理施設の増加とともに，長期使用モビリティロボットのシステム構成を行う上で，施設の老朽化が顕在化している．下水管渠の標準的耐用年数は 50 年とされており，すでにこの年数を超 以下の機能が最低限必要となる．
える下水管渠の延長は約 9,000 [km] 以上になって・走行のモータ制御いる．また，管渠布設後 30 年が経過すると道路が陥・カメラ位置調整のためのモータ制御没する箇所が急増する傾向もある．このような背景
・配管内を照らすライト調整から，排水管・下水管の維持管理は重要であり，継・状態を示すための LED 表示続的に行っていかなければならない．しかし，実際・遠隔操作のための通信機能に管内を調査する作業は人が行うには過酷であり，調査範囲も広大である．そこで，近年ではロボット
なお最終的には，カメラ機能等を含め Figure 2-1を用いた調査が活発に行われている．ところが，これらのロボット調査にも問題があり，有線による外 に示す機能を実現する予定である．
次に Figure 2-2 にハードウェア構成図を示す．な部制御・外部電源が主流であることから，ロボットシステム全体が大掛かりなものとなり，メンテナン お，色が薄い部分については，ハードウェア未実装のもので，回路上は動作可能な状態となっている．
ス性が悪い上，高価なシステムとなっている．
そこで，本研究ではこれまで研究してきたレスキューロボットのノウハウを活かし[1]～[3]，小型で持ち運びが容易な配管検査ロボットの開発を行っている．
１．緒*情報工学科**生産システム工学専攻***技術支援センター****株式会社カンツール

言平成 25 年 9 月 4 日受理

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弓削商船高等専門学校

紀要

第 36 号（平成 26 年）

したモビリティロボットを示す．次に，分解組立図
を Figure 3-2 に示す．

Fig. 3-1 モビリティロボットの前斜投影図
Fig. 2-1 搭載機能

Fig. 3-2 モビリティロボットの分解組立図

Fig. 2-2 ハードウェア構成

本体部の外装は全てはめあいによる位置の精度出しを行っており，今回は防水を考慮していないことから軽量化を図っている．なおサイズは，111.4[mm] (W)×151.2 [mm] (D)×122.6 [mm] (H)(アンテナ収納時 78.1 [mm] (H))となっており，直径150 [mm] の 管 内 も 探 査 が 可 能 と な っ て い る(Figure 3-3)．

モビリティロボットはマイコンを用いて制御を行う．モータには RC サーボモータを使用し，PWM によって制御する．その他にも A/D 変換によるセンサ値の読み取り，I/O による LED 制御，D/A 変換による LED 調整が可能である．
また通信には，シリアル通信(RS-232C)を用い，Bluetooth 変換器を使用することで無線化している．
なお遠隔装置については，試作機ということで PC を直接使用している．
３．モビリティロボットの外装
Figure 3-1 に 3DCAD ソフト(SolidWorks)で設計

Fig. 3-3 モビリティロボットの正面図

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配管検査ロボットに関する研究 －第 1 報：小型化のための試作機設計－（前田・河村・藤田・伊藤・佐々木・後藤）

次に前輪，後輪の分解組立図を Figure 3-4 と Figure 3-5 に示す．

次に実装基板を Figure 4-2 に示す．制御には株式会社秋月電子通商製の AKI-H8/3052F を使用している．また，チャタリング防止にはシュミットトリガーを用いて行っている．

Fig. 3-4 モビリティロボット前輪の分解組立図
Fig. 4-2 実装基板

５．RC サーボモータのモータ特性
今回使用した近藤科学株式会社製 KRS-4034HV
Fig. 5-1 は，ICS のモータ特性を Figure 5-1 に示す．
同社の ICS-USB アダプターHS を使用して，モータの回転数を測定した結果である．

Fig. 3-5 モビリティロボット後輪の分解組立図

8.00
6.00

４．モビリティロボットの電装

4.00

回転速度 [rad/s]

前輪は 5 層構図で 2 層目と 4 層目のリングをはめ込むことによって，位置決め精度を保障している．
また後輪については，ベアリングを使用していないため，2 つの部品のはめあいにて位置決め精度を保障している．

2.00
0.00
-2.00-4.00
-6.00
-8.00
7000

7200

7400

7600

7800

8000

指令値 [ ]

Fig. 2-2 のハードウェア構成を基に作成したテス
ト基盤を Figure 4-1 に示す．

Fig. 5-1 モータ特性

６．制御アルゴリズム
今回作成したプログラムのフローチャートを
Figure 6-1～Figure 6-2 に示す．AKI H8/3052F は外部からのコマンド命令によって制御される．
AKI H8/3052F は，コマンド命令に応答するために SCI の受信割り込みによって随時監視を行う．また，コマンド命令を受信した後，コマンド命令に対応した制御を行い，LCD にコマンドデータを表示した後，確認データを送信する．
Fig. 4-1 テスト基板

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紀要

第 36 号（平成 26 年）

８．結言

本研究では，小型で持ち運びが容易な配管検査ロボットのための試作機のシステム構成と実機の詳細について述べた．結果，以下の 5 つのことについて行った．

Fig. 6-1 フローチャート(メイン)・駆動部分の基本的なシステム構築を行った．
・Bluetooth による通信を確立した．
・RC サーボモータのモータ特性の実測を行った．
・通信フォーマットを確立し，プログラム処理のためのアルゴリズムを確立した．
・実機による基本動作確認を行った．
今後は実用化に向けて，以下の 5 つについて研究開発を行っていく予定である．

Fig. 6-2 フローチャート(受信割り込み)・回路の改善とモータ配置の変更により，コンパクト化・軽量化を行う．
・遠隔操作のための小型操縦機を作成する．
・検査のための動画撮影用のカメラおよび制御部分を構築する．
・管内での転倒を防止するための直進制御を追加する．
・汚水等からロボットを保護するための防水機能を追加する．

７．配管検査ロボット

参考文献

Figure 7-1 に実際に製作したモビリティロボット [1] 石井 良典，大坪 義一，小林 滋，小林 泰弘，を示す．本モビリティロボットは，Fig. 2-2 に示した
山本 祥弘，梅田 栄，海藻 敬之，前田 弘文，ように PC を使用して，直接コマンド命令を送信する
高森 年，田所 諭：閉鎖空間内探索ロボットことで制御する．また，狭隘空間内で最高速度 173のための遠隔操縦システムの開発，第 11 回
[mm/sec] (速度重視のモータ交換時は，最高速度システムインテグレーション部門講演会
368 [mm/sec])を実現できることを確認した．
(SI2010)，pp.1238～1241，(2010)

Fig. 7-1 製作実機

[2]

前田 弘文，五百井 清，大坪 義一，小林 滋，
高森 年：レスキューロボットにおけるデバイス管理を容易にするためのミドルウェア開発，
日本機械学会講演論文集 No.115-1，p.123～124，(2011)[3]

前田 弘文，小林 滋，高森 年：レスキューロボットにおけるデバイス管理を容易にするためのシステム開発，弓削商船高等専門学校
紀要第 34 号，pp.48～53，(2012)